DE1039789B

DE1039789B - Axial guidance of an electrical machine running in plain bearings

Info

Publication number: DE1039789B
Application number: DES34606A
Authority: DE
Inventors: Lorenz Soelch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-07-31
Filing date: 1953-07-31
Publication date: 1958-09-25

Description

Axiale Führung einer in Gleitlagern laufenden elektrischen Maschine Wird eine mit einer Antriebs- oder Kraftmaschine gekuppelte elektrische Maschine in Gleitlagern gelagert, so ist es üblich, dem kupplungsseitigen Gleitlager als Führungslager nur wenige Millimeter axiales Spiel zu geben. Werden auf die Welle einer solchen elektrischen Maschine große axiale Kräfte ausgeübt, so können schwere Lagerschäden entstehen. Beispielsweise ist dies beim Zusammenarbeiten eines elektrischen Motors mit Pumpen bzw. Kompressoren, die einen von einem Ausgleichskolben geführten Läufer haben, der Fall. Ein solcher Ausgleichskolben greift am freien Ende beispielsweise einer Pumpe an und hält den Pumpenläufer axial auch gegen sehr großen Druck fest, so daß dann die Pumpenwelle bei "Temperaturerhöhungen infolge ihrer Längung eine sehr große axiale Kraft auf die Kupplung ausübt; da die Kupplung zwischen der Pumpe und dem Motor unter Einwirkung des Übertragungsdrehmomentes axial praktisch starr ist, wird diese Kraft auf die Welle des Antriebsmotors übertragen, so daß der Weißmetallbelag der Lagerschalen abgearbeitet wird. Außerdem besteht, sofern der Läufer der elektrischen Maschine nicht in der magnetischen Mitte steht, bei solchen Antriebsanordnungen die Gefahr, daß beim Einschalten axiale Pendelbewegungen auftreten, die ebenfalls zu schweren Lagerschäden führen können.Axial guidance of an electrical machine running in plain bearings Becomes an electrical machine coupled with a drive or prime mover stored in plain bearings, so it is common to use the clutch-side plain bearing as Guide bearing to give only a few millimeters of axial play. Get on the wave Such an electrical machine exerted large axial forces, so can heavy Bearing damage occurs. For example, this is when an electrical one works together Motor with pumps or compressors, which one guided by a compensating piston Runners have that case. Such a compensating piston engages at the free end, for example a pump and holds the pump rotor axially even against very high pressure, so that then the pump shaft at "temperature increases due to its elongation a exerts a very large axial force on the coupling; because the coupling between the pump and the motor is axially practically rigid under the action of the transmission torque is, this force is transmitted to the shaft of the drive motor, so that the white metal coating the bearing shells is processed. There is also, provided the rotor is electrical Machine is not in the magnetic center with such drive arrangements the risk that axial pendulum movements occur when switching on, which also can lead to severe storage damage.

Um dies zu vermeiden, ist es bereits bekannt (deutsche Patentschrift 860 651), elektrische Maschinen, deren Wellen an sich von Gleitlagern getragen werden, axial durch ein gegen ein Kugellager abgestütztes elastisches Glied zu führen. Abgesehen davon, daß diese Anordnung ein zusätzliches Kugellager erfordert, ist es notwendig, daß die Welle ein freies Ende hat, an dem das elastische Glied angebracht werden kann. Dies führt mitunter zu Schwierigkeiten.To avoid this, it is already known (German patent specification 860 651), electrical machines whose shafts are supported by plain bearings, axially through an elastic member supported against a ball bearing. Apart from that from the fact that this arrangement requires an additional ball bearing, it is necessary to that the shaft has a free end to which the elastic member is attached can. This sometimes leads to difficulties.

Es ist weiterhin bekannt, elektrische Maschinen, die von Gleitlagern getragen werden, mit Hilfe eines `-Venenbundes durch nicht umlaufende Teile zu führen, die sich gegenüber einem in axialer Richtung wirkenden federnden Zwischenglied gegen mit dem Gehäuse oder dem Fundament der elektrischen Maschine verbundene feststehende Teile abstützen. So sind beispielsweise kombinierte Kamm- und Drucklager in dieser Weise ausgeführt. Lager dieser Art haben nur ein sehr kleines axiales Spiel, da ihre Aufgabe darin liegt, auch sehr große axiale Kräfte aufzunehmen und die Welle praktisch starr in ihrer Lage zu halten. Abgesehen davon, daß eine solche auch bei großen axialen Kräften starre Führung der Welle der elektrischen Maschine bei den eingangs erwähnten Antriebsanordnungen, bei denen beispielsweise die Antriebspumpe durch Ausgleichskolben starr geführt wird, zu betriebsmäßigen Schwierigkeiten führen kann, sind solche Lager sehr aufwendig.It is also known electrical machines that are made of plain bearings be carried, guided through non-rotating parts with the help of a vein band, which oppose a resilient intermediate member acting in the axial direction fixed connected to the housing or the foundation of the electrical machine Support parts. For example, there are combined crest and thrust bearings in this Way executed. Bearings of this type only have a very small axial play their task is to take up very large axial forces and the shaft to hold practically rigid in their position. Apart from the fact that such a also with large axial forces rigid guidance of the shaft of the electrical machine in the Drive arrangements mentioned at the outset, in which, for example, the drive pump is guided rigidly by compensating piston, lead to operational difficulties such bearings are very expensive.

Gemäß der Erfindung wird daher die axiale Führung einer in Gleitlagern laufenden elektrischen Maschine derart ausgebildet, daß die die axial verschiebbaren, nicht umlaufenden Teile abfedernden Zwischenglieder einen langen Federweg ermöglichen und beim Auftreten von axialen Kräften, die von mit der elektrischen Maschine gekuppelten Antriebs- oder Kraftmaschinen auf den Läufer der elektrischen Maschine ausgeübt werden, nachgeben, während sie beim Nachlassen dieser Kräfte bzw. nach dem Abschalten der Anordnung den Läufer wieder in die magnetische Mitte drücken. Die Ausbildung der axialen Führung einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung macht sich also den Umstand zunutze, daß insbesondere bei elektrischen Maschinen, die mit anderen Maschinen, beispielsweise mit Pumpen oder Kompressoren, gekuppelt sind, deren Läufer axial geführt sind, die auftretenden axialen Kräfte, die erheblich über dem magnetischen axialen Schub des Maschinenläufers liegen, zwar sehr groß sind, aber sehr schnell abklingen, wenn man der Welle der Maschine die Möglichkeit gibt, in axialer Richtung auszuweichen.According to the invention, the axial guidance is therefore one in plain bearings running electrical machine designed in such a way that the axially displaceable, non-rotating parts allow cushioning intermediate links a long spring travel and when axial forces occur, which are coupled with the electrical machine Drive or prime movers exerted on the rotor of the electrical machine will give way while they are relieved of these forces or after switching off the arrangement push the runner back into the magnetic center. Training the axial guidance of an electrical machine according to the invention thus makes itself take advantage of the fact that, especially in the case of electrical machines that work with other Machines, for example with pumps or compressors, are coupled, their rotors are axially guided, the axial forces that occur, which are considerably higher than the magnetic axial thrust of the machine runner are very large, but very fast fade away when the machine's shaft is given the opportunity to move in the axial direction to evade.

Ein solches axiales Ausweichen der Welle ist bei den bekannten Drucklagern nicht möglich, da deren Aufgabe gerade darin besteht, die Welle auch bei sehr großen Kräften in ihrer Lage festzuhalten bzw. nur um einen Bruchteile von Millimetern betragenden Abstand nachzugeben. Das gleiche gilt für eine weitere bekannte Vorrichtung, mit der axiale Stöße einer umlaufenden Welle abgefangen werden sollen. Bei dieser @@orrichtung besitzt die Welle an ihrem Ende einen aufgesetzten Bund, der sich gegen einen feststehenden Ring über eine mit der Welle koaxiale ringförmige Blattfeder unter Zwischenschaltung eines weiteren verdrehbaren, jedoch in axialer Richtung verschiebbaren Ringes abstützt.Such an axial deflection of the shaft occurs in the known thrust bearings not possible, since their task is to keep the shaft even at very large To hold forces in their position or only by a fraction of a millimeter to give in the amount of distance. The same applies to another known device, with which the axial impacts of a rotating shaft are to be absorbed. At this The shaft has one at its end attached Collar that rests against a stationary ring via an annular ring that is coaxial with the shaft Leaf spring with the interposition of a further rotatable, but in an axial direction Direction of the displaceable ring is supported.

Die axiale Führung gemäß der Erfindung kann derart ausgebildet werden. daß die axial verschiebbaren, nicht umlaufenden Teile als ein- oder mehrteilige Ringe ausgebildet sind und sich in an sich bekannter Weise über mehrere längs des Ringumfanges verteilte Spiralfedern gegenüber den Stirnseiten der Lagerschalen abstutzen.The axial guide according to the invention can be designed in this way. that the axially displaceable, non-rotating parts as one-part or multi-part Rings are formed and in a manner known per se over several along the Support spiral springs distributed around the circumference of the ring opposite the end faces of the bearing shells.

Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Anordnung ist in Fig. 1 wiedergegeben. Zu beiden Seiten der Lagerschale 2 besitzt die Welle 1 einer elektrischen Maschine Bunde 3. die - wie dargestellt - einen Teil der Welle bilden, gegebenenfalls aber auch aus mit der Welle genügend fest verbundenen Stellringen bestehen können. Im Raum zwischen den Bunden 3 sind die Ringe 4 vorgesehen. die als nicht umlaufende Teile die axiale Führung gemäß der Erfindung bewirken. Die Ringe 4 können sich zwar gegenüber den Lagerschalen in axialer Richtung verschieben, sind aber gegen eine Verdrehung durch die Schrauben 5 gesichert. Diese Schrauben greifen in axiale Nuten am äußeren Umfang der Ringe 4 ein. Zwischen den Ringen 4 und den Stirnseiten der Lagerschalen sind nun Tiber den -Umfang verteilt mehrere Spiralfedern 6 vorgesehen, die in Ausnehmungen 7 an den Stirnseiten der Lagerschalen eingreifen bzw. durch diese Bohrungen geführt sind. Bei einer axialen Verschiebung der Welle 1 werden die Ringe 4 ebenfalls mitverschoben, da die Schrauben 5 dies zulassen, und die Federn 6 werden daher auf der einen Seite zusammengedrückt, auf der anderen Seite entlastet. Diese Federn 6 verhindern daher größere axiale Verschiebungen der Welle 1 gegenüber dem Lager, bzw. sie verhindern im Verein mit den Ringen 4, daß die Wellenbunde 3 an die Stirnseiten der Lagerschalen zum Anliegen kommen und diese abarbeiten.An embodiment of such an arrangement is shown in FIG. On both sides of the bearing shell 2, the shaft 1 has an electrical machine Collars 3. which - as shown - form part of the shaft, but possibly can also consist of adjusting rings sufficiently firmly connected to the shaft. in the Space between the collars 3, the rings 4 are provided. which are not circulating Parts cause the axial guidance according to the invention. The rings 4 can be move relative to the bearing shells in the axial direction, but are against a Rotation secured by screws 5. These screws engage in axial grooves on the outer circumference of the rings 4. Between the rings 4 and the end faces of the Bearing shells are now distributed across the circumference several spiral springs 6 are provided, which engage or through in recesses 7 on the end faces of the bearing shells these holes are guided. When the shaft 1 is axially displaced the rings 4 also moved, as the screws 5 allow this, and the springs 6 are therefore compressed on one side and relieved on the other. These springs 6 therefore prevent larger axial displacements of the shaft 1 relative to it the bearing, or they prevent, in conjunction with the rings 4, that the shaft collars 3 come to rest on the end faces of the bearing shells and work them off.

An den Ringen 4 sind nun auf der den Lagerschalen zugekehrten Seite noch ringzylindrische Ansätze 8 vorgesehen, die in Nuten 9 an den Stirnseiten der Lagerschalen eingreifen. Innerhalb dieser ringzylindrischen Ansätze befinden sich Räume 10, die mit dem aus dem Gleitlager seitlich entweichenden Öl gefüllt sind und von denen aus den radialen Gleitflächen zwischen den Wellenbunden 3 und den Ringen 4 Schmieröl zugeführt ist. Die Einrichtungen B. 9 und 10 stellen außerdem eine wirksame Dämpfung bei stoßweißen axialen Verschiebungen der Welle 1 dar. Insbesondere auf der Druckseite versucht dann das im Raum 10 befindliche Ö1 über den tolerierten Durchlaß der Ringdichtung 8 und 9 bzw. auch über die Gleitflächen zwischen den Bunden 3 und den Ringen 4 zu entweichen und bildet so eine wirksame Dämpfung für den von der Welle 1 ausgehenden axialen Stoß.The rings 4 are now on the side facing the bearing shells still annular cylindrical lugs 8 provided in grooves 9 on the end faces of the Engage the bearing shells. Within these ring-cylindrical approaches are Spaces 10 which are filled with the oil escaping laterally from the plain bearing and of which the radial sliding surfaces between the shaft collars 3 and the Rings 4 lubricating oil is supplied. The facilities B. 9 and 10 also provide an effective damping in the case of shock-white axial displacements of the shaft 1. In particular on the pressure side then tries the oil located in the room 10 above the tolerated Passage of the ring seal 8 and 9 or also via the sliding surfaces between the collars 3 and the rings 4 to escape and thus forms an effective cushioning for the of axial shock emanating from shaft 1.

Statt zu beiden Seiten eines Gleitlagers der elektrischen Maschine Bunde vorzusehen, die von den als Ringe ausgebildeten, nicht umlaufenden Teilen geführt werden, können auch an den beiden Gleitlagern der elektrischen Maschine die einander zugekehrten Laerseiten mit Wellenschultern versehen werden, die' dann entsprechend gemäß der Erfindung geführt werden. Fig. 4 gibt als weiteres Ausführungsbeispiel eine solche Abänderung der Anordnung der Fig. 1 wieder. Hierbei befindet sich die axiale Führung auf den einander zugekehrten Lagerseiten der Gleitlager. Die Welle 1 ist nach der Maschinenseite 2 zu mit Schultern 17 versehen, an die die Ringe 4 zum Anliegen kommen, die als nicht umlaufende Teile die Schultern 17 gemäß der Erfindung führen. Die Federn 6 sind zwischen den Ringen 4 und den Stirnseiten der Lagerschalen 2 eingeschaltet. Sie greifen dabei in Bohrungen der Lagerschalen 2 ein und werden durch die Bolzen 18 geführt, die an den Lagerschalen befestigt sind. Die Bolzen 18 gleiten bei den axialen Verschiebungen in zylindrischen Öffnungen 19 an den Ringen 4 und sichern dadurch die hinge 4 gegen Verdrehungen. Sie übernehmen also die Aufgabe der Schrauben 5 der Anordnung der Fig. 1. Wie bei der Anordnung der Fig. 1 sind auch hei der Anordnung der Fig. 4 die Spiralfedern 6 derart ausgebildet, daß sie bei Stillstand der Maschine den Läufer in die magnetische Mitte drücken.Instead of on both sides of a plain bearing of the electrical machine Provide collars from the non-rotating parts designed as rings can also be carried out on the two plain bearings of the electrical machine the facing sides of the laser are provided with corrugated shoulders, which 'then are performed accordingly according to the invention. Fig. 4 gives as a further embodiment such a modification of the arrangement of FIG. 1 again. Here is the axial guidance on the facing sides of the plain bearings. The wave 1 is provided with shoulders 17 after the machine side 2, to which the rings 4 come to concern, the shoulders 17 according to the invention as non-rotating parts to lead. The springs 6 are between the rings 4 and the end faces of the bearing shells 2 switched on. They engage in bores in the bearing shells 2 and are guided by the bolts 18 which are attached to the bearing shells. Bolts 18 slide in the axial displacements in cylindrical openings 19 on the rings 4 and thereby secure the hinge 4 against twisting. So you do the job of the screws 5 of the arrangement of FIG. 1. As in the arrangement of FIG also in the arrangement of FIG. 4, the spiral springs 6 are designed in such a way that they when the machine is at a standstill, push the rotor into the magnetic center.

Die Dämpfung von axialen Stößen mit Hilfe der ringzylindrischen Ansätze 8 an den Ringen 4 entspricht der Anordnung der Fig. 1. Die Anordnung der Fig.4 hat gegenüber der Anordnung der Fig. 1 den Vorteil, daß die Ringe 4 einteilig ausgeführt sein können, da sie von außen auf die Welle aufgeschoben werden, während bei der Anordnung der Fig. 1, sofern die Bunde 3 mit der Welle 1 aus einem Stück bestehen, die Ringe 4 mehrteilig ausgebildet werden müssen.The damping of axial shocks with the help of the ring-cylindrical approaches 8 on the rings 4 corresponds to the arrangement of FIG. 1. The arrangement of FIG compared to the arrangement of FIG. 1 has the advantage that the rings 4 are made in one piece can be, as they are pushed onto the shaft from the outside, while with the Arrangement of Fig. 1, provided that the collars 3 with the shaft 1 consist of one piece, the rings 4 must be formed in several parts.

Die axiale Führung gemäß der Erfindung kann auch durch einen neben den Gleitlagern angeordneten Wellenbund vorgenommen werden, zu dessen beiden Seiten die axial verschiebbaren, nicht umlaufenden Teile angeordnet sind, die sich gegenüber mit dem Lagerkörper starr verbundenen Teilen über einen langen Federweg ermöglichende federnde Zwischenglieder abstützen.The axial guide according to the invention can also by a next the plain bearings arranged shaft collar are made on both sides the axially displaceable, non-rotating parts are arranged opposite one another with the bearing body rigidly connected parts over a long spring travel enabling Support resilient intermediate links.

Ausführungsbeispiele für eine solche Ausbildung der axialen Führung gemäß der Erfindung sind in den Fig.2 und 3 dargestellt. Bei den Anordnungen dieser Figuren besitzt die Welle 1 lediglich einen Wellenbund 3, der auf beiden Seiten von den nicht umlaufenden Teilen 11 umfaßt ist. Die nicht umlaufenden Teile 11 sind bei den Anordnungen der Fig. 2 und 3 ringsegmentförmig ausgebildet und befinden sich nur an der Unterseite des Wellenbundes 3. In axialer Richtung sind sie auf der Unterlage 12 verschiebbar. Die Unterlage 12, die beispielsweise mit dem Ansatz 13 des Lagerkörpers verschraubt ist, ist ebenfalls ringsegmentförmig ausgebildet. Zwischen den ringsegmentförmigen Teilen 11 und 12 sind die Spiralfedern 6 eingeschaltet, die durch die im Inneren angeordneten Bolzen 14 geführt werden. Die Bolzen 14 sind zu diesem Zweck an den Teilen 11 befestigt.Embodiments for such a design of the axial guide according to the invention are shown in FIGS. With the arrangements of these Figures, the shaft 1 has only one shaft collar 3 on both sides is comprised of the non-rotating parts 11. The non-rotating parts 11 are in the arrangements of FIGS. 2 and 3 formed and located in the shape of a ring segment only on the underside of the shaft collar 3. They are open in the axial direction the base 12 is displaceable. The pad 12, for example with the approach 13 of the bearing body is screwed, is also formed in the shape of a ring segment. The spiral springs 6 are switched on between the ring segment-shaped parts 11 and 12, which are passed through the bolts 14 arranged in the interior. The bolts 14 are attached to the parts 11 for this purpose.

Die ringseginentförmigen, axial verschiebbaren, nicht umlaufenden Teile 11 können - wie dargestellt - aus einem einzigen Stück hergestellt sein. Sie I.:önnen aber auch aus gesonderten Teilen zu beiden Seiten des Wellenhundes bestehen.The ring segment-shaped, axially displaceable, non-circumferential Parts 11 can - as shown - be made from a single piece. she I.: but can also consist of separate parts on both sides of the wave dog.

Die Unterlage 12 besitzt an dein den Lagerschalen 2 zugekehrten Teil den ringzylindrischen Ansatz 15, der in der Ringnut 16 der L agerschal.en 2 gleitet. Der Ansatz 15 ermöglicht es dem aus dem Gleitlager seitlich entweichenden Schmieröl, in den Raum der Spiralfedern 6 überzutreten. Das Öl dient also gleichzeitig zur Schmierung des Gleitlagers, zur Schiliierung der Gleitflächen zwischen dem Bund 3 und den ringseginentförmigen Teilen 11 und zur Dämpfung der axialen Führung gemäß der Erfindung.The pad 12 has on your part facing the bearing shells 2 the annular cylindrical projection 15, which slides in the annular groove 16 of the L agerschal.en 2. The approach 15 enables the lubricating oil escaping laterally from the plain bearing, to step into the space of the spiral springs 6. The oil is also used to Lubrication of the plain bearing, for shiling the sliding surfaces between the collar 3 and the ring segment-shaped parts 11 and for damping the axial guidance according to the invention.

Claims

PATrfiTANSPRC'CÜr: 1. Axial guidance of a running in plain bearings electrical: machine. at the one or several shaft collars of not rotating parts are performed, which act in the axial direction resilient intermediate members against with the housing or the foundation of the electrical Support machine connected fixed parts, characterized. that the the axially displaceable, non-rotating parts (4, 11) cushioning intermediate members (6) a long one. Allow spring travel and when axial forces occur, the of drive or prime movers coupled to the electrical machine the rotor of the electrical machine are exercised, while they are exercised during Decrease in these forces or after the electrical machine has been switched off Press the runner into the magnetic center.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the axially displaceable, non-rotating parts (4) as one-part or multi-part Rings are formed and in a manner known per se over several along the Spiral springs (6) distributed around the circumference of the ring opposite the end faces of the bearing shells prop up.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that on both sides a plain bearing collars (3) are provided, which of the axially displaceable, resilient Rings (4) are guided.

4. Arrangement according to claim 2, characterized in that that on the two plain bearings of the electrical machine, for example, the one another facing bearing sides are provided with shaft shoulders (17), which are axially displaceable, resilient rings (4) are guided.

5. Arrangement according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the rings (4) on the side facing the bearing shell have annular cylindrical lugs (8) which engage in grooves (9) of the bearing shells, and that the space between the rings (4) and the bearing shells are filled with a medium that dampens the axial displacements of the shaft, in particular with oil.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the in the space between the rings (4) and the bearing shells located medium, preferably at the same time is used for bearing shell lubrication, in the event of axial impacts of the shaft over the grooves engaging ring seals and over the sliding surfaces of the rings on the collars (3, 17) escapes.

7. The arrangement according to claim 1, characterized by one in addition to the Shaft dog (3) arranged on plain bearings, on both sides of which the axially displaceable, non-rotating parts (11) are arranged, which are opposite to the bearing body (13) rigidly connected parts (12) enabling resilient over a long spring travel Support intermediate links (6). B.

Arrangement according to claim 7, characterized in that that the axially displaceable, non-rotating parts (11) and those with the bearing body (13) rigidly connected parts (12) formed in the shape of a ring segment and preferably are only attached to the underside of the shaft collar (3).

9. Use of the arrangement according to one or more of claims 1 to 8 for electrical machines with other machines, e.g. B. pumps or compressors are coupled, their runners are axially guided, for example, via compensating pistons. Considered publications: U.S. Patent No. 2,325,404.